具有多功能力学的低模超构材料

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力学超构材料是一种具有负泊松比、可变形、拓扑保护、多稳态、强密度比和能量吸收等，多种先进功能的人工材料。其中，柔性超构材料使用可变形构件来实现不同寻常和可调节的力学性能。这种力学响应依赖于按需变形路径，该路径消耗相对较低的弹性能。设计这类路径的一个有用且广泛适用的范例利用了其弹性能为零的极限，这些路径随后成为零能模态。到目前为止，基于这种原理的柔性超构材料是单模或多模。一方面，单模超构材料具有单一的零能模态和单一的功能，这通常是鲁棒的，并且易于通过简单的致动协议进行控制，也就是说，该协议需要单一的驱动，例如单轴压缩；另一方面，多模超构材料具有大量零能模态，随着系统尺寸的增加而增加。这些多个零模态的存在原则上提供了多种可能的功能，但实际上很难控制。也就是说，它们需要复杂的驱动协议（协议需要多个驱动器）才能成功执行。

近日，荷兰阿姆斯特丹大学和瑞士洛桑联邦理工学院的Aleksi Bossart团队介绍了一类低模超构材料，这些材料提供了一些可以在单轴压缩下进行选择性控制的不同特性。他们引入了一个包含各种超构材料系列的组合设计空间，这些族包括单模的（具有单个零能变形模态）；低模的（具有恒定数量的零能变形模态）和多模的（具有许多零能变形模态），其数量随着系统尺寸的增加而增加。使用边界纹理和粘弹性来确认低模超构材料的多功能性质。特别是，实现了一种超构材料，在有限的应变范围内，低（高）压缩率的泊松比为负（正），即可以根据压缩的速度在侧面收缩或膨胀。

这种低模超构材料能够在单一结构中承载多种力学响应，这为多功能材料和设备（如在机器人和能量吸收等领域）的发展铺平了道路。

相关研究发表在《Proc Natl Acad Sci U S A》上。（徐锐）

文章链接：
A. Bossart, D. M. J. Dykstra, J. van der Laan, et al. Oligomodal metamaterials with multifunctional mechanics[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2021, 118(21).

https://doi.org/10.1073/pnas.2018610118

来源：两江科技评论微信公众号（ID：imeta-center），作者：徐锐。